Helikite MEGA- Гелиевая антенна для очень дальних радиосвязей.

Начато строительство MegaHELIKITE  -гибридной гелиево-змеевой антенны для сверхдальних трасс. Здесь описана начальная теория построения, на что опираются выборы длин и высот.

Как мы знаем, основу дальних сверхдальних радиосвязей составляет не столько мощность радиопередатчика, сколько 3D диаграмма направленности антенны. А именно то, насколько ее максимум излучения будет прижат к горизонту, или, по-другому, каков будет угол вхождения в ионосферу.

При проектировании этой антенны учитывалтсь практические результаты работы аналогичных антенна и сравнения с классическими, также на полную задействован эмулятор антенн MMANA.

Что же мы получили?

Обычную антенну всегда надо представлять как набор диполей- укороченного, одного или нескольких.

Как работает одиночный обычный диполь, хорошо расписано у Ротхаммеля здесь.

Теперь давайте его улучшим.

Нам нужно получить диаграмму направленности как у блина, т е мало вверх в небо и много по горизонту с равномерной круговой заливкой, чтобы охватить все страны и направления одной антенной, и при этом иметь хорошее ее усиление.

Диполь Герца классический.

Одиночным диполем можно создать более-менее похожую на блин диаграмму, но с малым усилением относительно вымышленного излучателя, у которого имеется равномерная заливка пространства- диаграмма в виде шара (сферы)

Поднимаем вертикальный диполь на некоторую высоту, несколько метров- и мы увидим, что усиление составляет в максимуме хорошо если +1 децибелл. Ноль децибелл получается около 5 градусов выше горизонта, вроде неплохо, но усиление слабовато.

Диполь (полуволновой диполь) -это два по четверть волны луча, в центре максимум тока, на краях- максимум напряжения при резонансе на основной частоте.

Модернизация диполя Герца.

А теперь добавляем сверху еще один диполь, т е удлиняем верхний конец еще на полволны, получаем полноволновой (волновой) диполь, хотя это название не корректно,это по сути два классических диполя с задержкой излучения, я покажу это.

Обычный диполь в свободном пространстве излучает перпендикулярно длине, т е строго вбок, там будет максимум. На практике знакомые проводили эксперимент, направляя дипольную антенну концом на недалеко расположенного соседа- и он реально переставал слышать, так что и даже кривая практика подтверждает это.

А удлиняя диполь на некоторое количество диполей в какую-то одну сторону, мы получаем множество максимумов тока, сдвинутых по времени (фазе) относительно главного раскачивающего диполя, остальные получаются пассивными сльно связанными диполями. А эта задержка приводит к тому, что все излучение начинает наклоняться все сильнее в сторону тех диполей и дробиться на лепестки.

Блин диаграммы как бы поднимается, за края и сплющивается.

Если бы мы запитывали эти дипольчики активно- насильно вставляли в центр каждого диполя кабель и питали бы их в фазе- синфазно, то диаграмма бы не отклонилась от центральной симметрии и была бы как у одного диполя, но сплющеннее и мощнее на 3 децибелла на каждый новый диполь.

Это называется активная запитка антенны, а обычный волновой диполь по сути пасивная запитка двух диполей. Но это даже удобно, о чем будет показано далее.

Два диплоля, т е волновой диполь еще не дает дробления диаграммы на лепестки, и подьем блина не настолько большой, а усиление становится около 4-5 децибелл. Усиление растет по правилу- каждый диполь, если он настроен в фазе с основным, дает прибавку в 3 децибелла.

Можно кстати добавить пассивный диполь сверху и снизу, чтобы получить симметричную задержку, и как следствие, симметричную диаграмму.

Тестируем антенну в mmana на диапазоне на 160м реальной земле с проводимостью 10 миллисименс\13 диэлектрическая и высоте 5 м от земли.

• Один вертикальный диполь имеет максимум в +2.35 децибелл и усиление больше нуля в пределах 5…27 градусов.

5м- +2.35дБ 5…27 град

Поднимаем:

15м- +2.4дБ 5…24 град

20м- +2.38дБ 4.5…22 град

25м- +2.3дБ 4.5…21 град и лезет второй лепесток -минус 4.5дБ на 60град

30м- +2.17дБ 4.5…19 град и лезет второй лепесток -минус 3дБ на 50град

40м- +2.17дБ 4.5…16 град и второй лепесток 0дБ на 50град

45м- +1.5дБ 5…15 град и второй лепесток +1.1дБ на 41…59град

50м- +1.2дБ 5…13 град и второй лепесток +1.8дБ на 37…60град

выше-сначала вылазиет второй лепесток, потом

120м- +5.32дБ 17…40 град

160м- +5.58дБ 13…30 град

дальше -куча лепестков

• Один пассивный, один активный диполь — классический волновой диполь с запиткой с нижнего диполя -

1 максимум +5.7дБ и и усиление больше нуля в пределах 14…50 градусов.

Поднимаем:

15м- +5.9дБ 13…45 град- прикольнее

20м- +5.96дБ 12…43 град- еще прикольнее

30м- +5.87дБ 11…38 град- еще прикольнее -лезет второй лепесток сверху с уровнем +0.5 на 65 град.

40м- +5.43дБ 11…34 град- хуже — второй лепесток совсем разбуянился до +3.3 на 60 град., хотя для мультискачковых трасс может и лучше

выше- второй перекрывает нижний и все время преобладает.

• Тот же «волновой», но с запиткой в верхней части- +5.55дБ и 15…50 градусов.- даже чуть хуже и делать неудобно.
• Два активных вертикальных синфазных диполя друг над другом с малым зазором -два максимума, нижний и мощный в 2 децибелл и усиление больше нуля в пределах 4…14 градусов, второй на 40 град. И -3 дб. Заметим- на реальной земле диаграмма поднимается вверх, а не просто усиливается, это из-за отражения от земли.
• Два активных вертикальных синфазных диполя на расстоянии полволны вверх-2 максимума, но второй чуть сильнее, который на 40 град. из-за отражающих свойств Земли.
• Два пассивных и один активный вертикальный диполь посередине с якобы симметричной диаграммой с запиткой в середине-полутораволновый диполь-ничего хорошего, максимум в 6.6дБ с зоной 29…58 градусов.
• То же, но активный снизу-почти ничего не меняется, но усиление чуть лучше и градусы чуть крепче.
• 4 диполя -непрерывный провод длиной 2 длины волны-запитка снизу- в середину нижнего диполя, которая, как мы выяснили, дает лучшие результаты- 1 максимум +7.4дБ 38…65 град., второй +2.6дБ 8…20 град- уже интересно.

А если поднять последний?

При подьеме на 40 метров получаются 3 максимума на 67, 42 и 13 градусов и все мощные-5.7, 6 и 3.7 дБ- вот это заливка!

Вывод:

Активные диполи прикольно, но делать согласовку сложновато, тем более она получается частотно-зависимой (это же точное временное сопряжение!) и надо тянуть несколько кабелей от каждого диполя, кстати можно их делать разной длины, а потом скомпенсировать внизу.

А пассивно-активные двойные диполи, особенно "волновой", очень удобны- и заливка получается широкая, не только на 10 градусов лупит и более никуда, а захватывает большой сектор для разноскачковых трасс, да еще и усиление хоть какое-то имеет. Причем не за счет затрат оконечника, а просто так, даром, безвоздмездно. Если хотим рульнуть диаграммой вверх-вниз- просто смещаем фазу во втором пассивном диполе любым способом, можно хоть с помощью катушек-конденсаторов, или кабелем подавать сначала на него, потом через длинный кабель на основной диполь, чтобы сопрячь фазу, и не обязательно его выводить отдельно.

Итак, видно, что лучшей заливкой горизонта обладают варианты, подсвеченные желтым.